CN109061473B - 一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法，所述检测系统包括：第一母线、旁路、主回路、第二母线和三个阻抗分压电路。本申请中，检测系统为低压装置，方便移动和运输，可在短时间内开展多台风电机组电网适应性试验，适用于抽检风机之后风场风机改造后的效果评估。

Description

一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法
技术领域
本申请涉及风电机组技术领域，特别涉及一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法。
背景技术
目前已经开发出35kV移动式电网适应性检测平台，该检测平台开展多次现场试验。图1为现有技术中的检测平台9的使用场景。在现场试验中发现以下问题：一、抽检的风电机组首次试验都不能满足风电机组并网能力测试标准的要求，都需要厂家进行多次部件更换和软件更改才能完成试验。二、电网适应性检测平台由两个集装箱(每个集装箱约35吨)，每次试验都需要对集装箱的吊装运输和35kV电缆的拖拉和安装，短时间只能完成抽检风电场的一台风电机组的试验，其余的风电机组只能依靠厂家后期根据现场发现的问题进行整改，但是由于缺少现场试验验证，整改的效果难以评估；三、变流器690V进线处一般安装有滤波电路，进行电网适应性试验时，滤波电路会影响检测平台的输出量，进而影响试验结果。
发明内容
本申请的目的在于提供一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法，以解决现有技术中检测平台不便移动和运输的问题。
第一方面，本申请实施例提供的一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统，所述检测系统包括：第一母线、旁路、主回路、第二母线和三个阻抗分压电路；
所述第一母线与风电机组配电变压器连接；
所述第一母线与所述旁路连接，所述旁路上设置有第一开关；
所述第一母线还与所述主回路连接，所述主回路上依次设置有第二开关、IGBT换流器和第三开关；
所述第一开关和第三开关分别与所述第二母线连接；
所述第二母线与三个所述阻抗分压电路连接；
所述阻抗分压电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的输入端和所述第二电阻的输入端分别与所述第二母线的输出端连接，主控PLC通过二次线与变流器连接，所述第一电阻的输出端和第二电阻的输出端与所述二次线连接。
第二方面，本申请的实施例提供了一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测方法，所述方法包括以下步骤：
确定阻抗分压电路参数，根据阻抗分压电路参数，设置第一电阻值和第二电阻值，所述参数为R1/R2，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值；
将检测系统接入主控PLC和变流器之间；
关闭第一开关，断开第二开关和第三开关，获取旁路所加电压值和主控PLC的电压采样值，判断旁路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第一预设比例；
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值；
关闭第二开关和第三开关，断开第一开关，启动检测系统，判断主回路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第二预设比例；
如果符合第二预设比例，通过设置IGBT换流器参数模拟测试条件，检测风电机组的电网适应性。
进一步地，所述检测风电机组的电网适应性包括频率适应性、三相不平衡适应性、闪变适应性和谐波适应性。
进一步地，所述方法还包括：
如果符合第二预设比例，利用数据采集仪采集的电压和电流信号，计算风电机组出口变压器的有功功率和无功功率。
进一步地，所述确定阻抗分压电路参数的步骤，包括：
根据Ui/(R1+R2)＝Uo/R2，计算阻抗分压电路参数，其中，Ui为380V，Uo为变流器的电压值。
进一步地，所述如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值的步骤包括：
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关；
测定第一电阻的输入端和第二电阻的输入端的电压差Uio，第二电阻两端的电压差 Uoo；
根据(Uio-U)/(R1+R2)＝Uoo/R2，计算IGBT换流器的压降U；
根据压降U，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法，所述检测系统包括：第一母线、旁路、主回路、第二母线和三个阻抗分压电路。本申请中，检测系统为低压装置，方便移动和运输，可在短时间内开展多台风电机组电网适应性试验，适用于抽检风机之后风场风机改造后的效果评估。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的检测平台的使用场景
图2为本申请实施例提供的一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的检测系统使用时的接线示意图。
图示说明：
其中，1-风电机组配电变压器、2-第一母线、3-旁路、31-第一开关、4-主回路、41-第二开关、42-IGBT换流器、43-第三开关、5-第二母线、6-阻抗分压电路、61-第一电阻、62-第二电阻、7-主控PLC，8-变流器，9-检测平台，10-检测系统，11-风电机组出口变压器，12-数据采集仪。
具体实施方式
第一方面，参照图2对本申请的实施方式进行说明，一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统包括：第一母线2、旁路3、主回路4、第二母线5和三个阻抗分压电路6；
本申请中的电网适应性现场检测系统采用交-直-交变流器，基于电力电子全控器件，输出电压曲线可编程。输出电压采用闭环控制，电压调节动态特性好，控制精度高，输出电压相序、相位、幅值和频率独立可调，电压变化和恢复过程曲线平滑，满足国内风电机组电网适应性的试验要求。
所述第一母线2与风电机组配电变压器1连接；
所述第一母线2与所述旁路3连接，所述旁路3上设置有第一开关31；
所述第一母线2还与所述主回路4连接，所述主回路4上依次设置有第二开关41、IGBT换流器42和第三开关43；
所述第一开关31和第三开关43分别与所述第二母线5连接；
所述第二母线5与三个所述阻抗分压电路6连接；
所述阻抗分压电路6包括第一电阻61和第二电阻62，所述第一电阻61的输入端和所述第二电阻62的输入端分别与所述第二母线5的输出端连接，主控PLC7通过二次线与变流器8连接，所述第一电阻61的输出端和第二电阻62的输出端与所述二次线连接。
本申请中第一母线2和第二母线5均为三相测试线。
本申请采用风电机组配电变压器1输出的380V电压作为输入电压；输入电压经过IGBT构成的AV-DC-AC低压电网适应性测试装置整流逆变得到用于电网适应性测试的三相电压；三相测试电压经过阻抗分压电路6变换为变流器8可输入主控PLC7的三相电压信号，主控PLC7依据二次信号对作出响应；根据主控PLC7的响应情况和标准的要求判断风电机组主控的电网适应性能力。
本申请在二次侧加“二次信号”来检测风电机组主控电网适应能力的检测系统。二次侧加“二次信号”的检测方法的基本原理是风电机组主控PLC7的输入量是二次测量量，也就是说风电机组的控制是主控PLC7对于风速、桨距角、转速、电网电压、电流等信号二次测量量的响应，即通过在二次侧加入电网适应性标准要求的不同电压扰动信号可以使得主控PLC7认为电网特性发生变化，然后主控PLC7根据控制逻辑作出相应的响应，通过这些响应，例如，风机是否脱网以及数据采集仪收集的数据，就可以判断风电机组电网适应性能力是否满足标准的要求。
本申请检测系统基于电压源串联原理，采用中压背靠背变流技术，可运行产生世界各国并网导则所要求的电网电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、闪变与谐波等电力系统运行极限工况。检测系统运行电压6KV/10kV、35kV可选，额定容量4MVA，检测系统偏差调节范围0％Un-130％Un，频率偏差调节范围45Hz-66Hz，三相电压不平衡度调节范围0.5％-10％，总电压谐波畸变率调节范围0.5％-10％，可通过调节电压幅度和相位灵活模拟电网变化。
现有技术中，检测设备高压一次串接，采用集装箱形式，体积大、运输吊装成本高，加之风电机组数量大，短时间难以开展大规模现场试验和风机整改后的效果评估；本申请提出的系统采用配变380UV作为输入，利用IGBT换流器42将电压变换为电网适应性的测试波形后采用阻抗分压电路6降压为可从二次侧输入主控PLC7，进而进行风电机组电网适应性检测的方法，简单有效；检测系统为低压装置，方便移动和运输，可在短时间内开展多台风电机组电网适应性试验，适用于抽检风机之后风场风机改造后的效果评估。
现有技术中一次设备接入完成试验，试验设备的容量必须大于风电机组单机容量，容量限制使得现场检测试验尚存空白区域。本申请中采用二次加量的方法，避免了传统测试中改变一次侧690V进线电压测试风电机组时，进线处滤波电路对测试试验的影响；并且二次侧测试不需要要求测试平台的容量大于被测试的风电机组容量，同样适用于 8-10MW风电机组。
第二方面，一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测方法，包括以下步骤：
在使用检测系统检测电网适应性之前，需要对IGBT换流器42是否受潮进行确认。如果没有受潮可以继续以下步骤。
确定阻抗分压电路参数，根据阻抗分压电路参数，在检测系统中设置阻抗分压电路参数设置第一电阻值和第二电阻值，所述参数为R1/R2，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值；
按照图3所示的接线示意图，将检测系统10接入变流器8和主控PLC7之间；
具体的，停测试风机，停测试风机的风电机组配电变压器1，断开风电机组配电变压器1的高压侧负荷开关，断开变流器8和主控PLC7之间的二次线，将检测系统10接入变流器8和主控PLC7的二次线上，接入数据采集仪12。
关闭第一开关31，断开第二开关41和第三开关43，获取旁路3所加电压值和主控PLC7的电压采样值，判断旁路3所加电压值和主控PLC7的电压采样值是否符合第一预设比例；
具体的通过厂家的调试软件和数据采集仪12，同时记录旁路3上所加电压值和主控 PLC7实际的电压采样值，判断是否符合第一预设比例，所述第一预设比例为(R1+R2)/R2，所述旁路3所加电压值为第一电阻的输入端和第二电阻的输入端的电压差Ui i。
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值。
具体的，如果符合第一预设比例，说明旁路3上器件没有问题，可以进行下一步修正阻抗分压电路参数。
关闭第二开关和第三开关，断开第一开关，启动检测系统，判断主回路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第二预设比例；
第二预设比例为(R1+R2)/R2，其中，主回路所加电压值为风电机组配电变压器电压减去IGBT换流器的压降值得到的电压值。
具体的，启动检测装置，输出满足电网适应性规程检测的测试波形，通过厂家的调试软件和数据采集仪，同时记录主回路4上所加电压值和主控PLC7实际的电压采样值。
如果符合第二预设比例，通过设置IGBT换流器参数模拟测试条件，检测风电机组的电网适应性。
主回路4上的IGBT换流器参照行业标准NB/T 31054_2014风电机组电网适应性测试规程进行换流器的参数设置和触发控制。
具体的，首先限负荷100kw启动风机，通过IGBT换流器控制的参数模拟电网电压适应性、频率适应性、三相不平衡适应性、闪变适应性和谐波适应性逐项开展试验，试验通过逐步开放负荷限制进行试验，直至负荷限制全部开放，试验完成后，根据风机是否脱网以及数据采集仪的数据分析结果，判断风机是否满足电网适应性要求。
风电机组电网适应性测试是利用测试装置在风电机组升压变压器高压侧产生电网电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压闪变与谐波等电网扰动，从而验证考核被测风电机组的运行能力及保护配置的一项风电并网试验检测行为。
进一步地，所述检测风电机组的电网适应性包括频率适应性、三相不平衡适应性、闪变适应性和谐波适应性。
进一步地，所述方法还包括：
如果符合第二预设比例，利用数据采集仪采集的电压和电流信号，计算风电机组出口变压器10的有功功率和无功功率。
进一步地，所述确定阻抗分压电路参数的步骤，包括：
根据Ui/(R1+R2)＝Uo/R2，计算阻抗分压电路参数，其中，Ui为380V，Uo为厂家提供的变流器的电压值。
进一步地，所述所述如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值的步骤包括：
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关；
测定第一电阻的输入端和第二电阻的输入端的电压差Uio，第二电阻两端的电压差 Uoo；
根据(Uio-U)/(R1+R2)＝Uoo/R2，计算IGBT换流器的压降U。
根据压降U，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值。
本申请考虑了IGBT换流器42压降的影响，利用旁路3先测试需要的阻抗分压电路参数R1/R2，在采用主回路4测试修正R1/R2的方法，避免了因为IGBT换流器42压降影响二次输入值，从而导致风机测试失败。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统和方法，所述检测系统包括：第一母线2、旁路3、主回路4、第二母线5和三个阻抗分压电路6。本申请中，检测系统为低压装置，方便移动和运输，可在短时间内开展多台风电机组电网适应性试验，适用于抽检风机之后风场风机改造后的效果评估。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：第一母线(2)、旁路(3)、主回路(4)、第二母线(5)和三个阻抗分压电路(6)；
所述第一母线(2)与风电机组配电变压器(1)连接；
所述第一母线(2)与所述旁路(3)连接，所述旁路(3)上设置有第一开关(31)；
所述第一母线(2)还与所述主回路(4)连接，所述主回路(4)上依次设置有第二开关(41)、IGBT换流器(42)和第三开关(43)；
所述第一开关(31)和第三开关(43)分别与所述第二母线(5)连接；
所述第二母线(5)与三个所述阻抗分压电路(6)连接；
所述阻抗分压电路(6)包括第一电阻(61)和第二电阻(62)，所述第一电阻(61)的输入端和所述第二电阻(62)的输入端分别与所述第二母线(5)的输出端连接，主控PLC(7)通过二次线与变流器(8)连接，所述第一电阻(61)的输出端和第二电阻(62)的输出端与所述二次线连接；
所述检测系统的检测方法包括：确定阻抗分压电路参数，根据阻抗分压电路参数，设置第一电阻值和第二电阻值，所述参数为R1/R2，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值；
将检测系统接入主控PLC和变流器之间；
关闭第一开关，断开第二开关和第三开关，获取旁路所加电压值和主控PLC的电压采样值，判断旁路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第一预设比例；
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值；
关闭第二开关和第三开关，断开第一开关，启动检测系统，判断主回路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第二预设比例；
如果符合第二预设比例，通过设置IGBT换流器参数模拟测试条件，检测风电机组的电网适应性；
所述如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值的步骤包括：
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关；
测定第一电阻的输入端和第二电阻的输入端的电压差Uio，第二电阻两端的电压差Uoo；
根据(Uio-U)/(R1+R2)＝Uoo/R2，计算IGBT换流器的压降U；
根据压降U，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值。
2.一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测方法，应用于权利要求1的检测系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
确定阻抗分压电路参数，根据阻抗分压电路参数，设置第一电阻值和第二电阻值，所述参数为R1/R2，R1为第一电阻值，R2为第二电阻值；
将检测系统接入主控PLC和变流器之间；
关闭第一开关，断开第二开关和第三开关，获取旁路所加电压值和主控PLC的电压采样值，判断旁路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第一预设比例；
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值；
关闭第二开关和第三开关，断开第一开关，启动检测系统，判断主回路所加电压值和主控PLC的电压采样值是否符合第二预设比例；
如果符合第二预设比例，通过设置IGBT换流器参数模拟测试条件，检测风电机组的电网适应性；
所述如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值的步骤包括：
如果符合第一预设比例，断开第一开关，关闭第二开关和第三开关；
测定第一电阻的输入端和第二电阻的输入端的电压差Uio，第二电阻两端的电压差Uoo；
根据(Uio-U)/(R1+R2)＝Uoo/R2，计算IGBT换流器的压降U；
根据压降U，修改阻抗分压电路参数，根据修改后的阻抗分压电路参数，重新设置第一电阻值和第二电阻值。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测方法，其特征在于，所述检测风电机组的电网适应性包括频率适应性、三相不平衡适应性、闪变适应性和谐波适应性。
4.根据权利要求2所述的一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果符合第二预设比例，利用数据采集仪采集的电压和电流信号，计算风电机组出口变压器的有功功率和无功功率。
5.根据权利要求2所述的一种风电机组主控制系统电网适应性现场检测方法，其特征在于，所述确定阻抗分压电路参数的步骤，包括：
根据Ui/(R1+R2)＝Uo/R2，计算阻抗分压电路参数，其中，Ui为380V，Uo为变流器的电压值。
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